I ricercatori cinesi sotto la direzione dei Proff. Li Xianfeng e Zhang Huamin del Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) dell'Accademia cinese delle scienze hanno recentemente sviluppato una membrana ultrasottile conduttrice di ioni con elevata selettività e conduttività che può aumentare la potenza delle batterie a flusso. Lo studio è stato pubblicato su Comunicazioni sulla natura .

Le membrane sono componenti chiave delle batterie di flusso. Separano i materiali reattivi nelle camere negativa e positiva consentendo allo stesso tempo il trasferimento di ioni attraverso la membrana. L'efficienza delle batterie a flusso dipende molto dalla selettività ionica e dalla conduttività di queste membrane.

Sulla base del loro studio precedente ( ambiente. Sci. , 2011, 4, 1676), Il gruppo di Li ha scoperto che la sfida chiave per le membrane conduttrici di ioni è il "compromesso" tra selettività ionica e conduttività. Le membrane porose che utilizzano il metodo di costruzione tradizionale ad inversione di fase avevano pori tortuosi e mal collegati, con conseguente bassa conducibilità ionica.

In contrasto, le membrane composite possiedono strati selettivi sintonizzati separatamente supportati su substrati. "Si spera che una membrana composita con uno strato selettivo molto sottile e un substrato altamente conduttivo superi il compromesso tra selettività ionica e conduttività e migliori ulteriormente le prestazioni della batteria di flusso, " ha detto il prof. Li.

A tal fine, i ricercatori hanno utilizzato la polimerizzazione interfacciale per fabbricare una membrana composita a film sottile. Questa membrana ha uno strato selettivo in poliammide reticolato ultrasottile e uno strato di supporto altamente conduttivo. Lo strato selettivo ultrasottile ha uno spessore di soli 180 nm. Offre un percorso di trasferimento ionico molto breve e ha una resistenza dell'area molto bassa.

La poliammide reticolata ha un volume libero compreso tra le dimensioni degli ioni idronio e vanadio idratato. Ioni di vanadio, a causa delle loro dimensioni, sono altamente resistenti al crossover, dotando così la membrana di un'elevata selettività ionica.

Le batterie a flusso con una membrana composita a film sottile potrebbero funzionare a una densità di corrente più elevata. Ciò consentirebbe l'uso di uno stack di batterie più piccolo per generare maggiore potenza e ridurre il costo degli stack di batterie.

Il meccanismo di trasferimento di protoni negli strati selettivi di poliammide può essere ulteriormente compreso utilizzando il meccanismo di Grotthuss per effettuare calcoli teorici sui trasferimenti di protoni lungo catene d'acqua e gruppi carbossilici. I risultati forniscono nuove idee per la progettazione di membrane iono-selettive avanzate che possono essere applicate anche alle batterie a flusso.